C320在龍門刨床上應用方案

一、龍門刨床的工藝分析

龍(long)門刨(bao)床的主運動：

龍門刨(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)床(chuang)的刨(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)削(xue)過(guo)程(cheng)是(shi)工件（安裝在(zai)刨(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)臺(tai)(tai)上）與刨(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)刀(dao)之(zhi)間作(zuo)相對(dui)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)的過(guo)程(cheng)。因為刨(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)刀(dao)除(chu)進給運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)外，（此運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)一般由數控(kong)定位或(huo)手動(dong)(dong)(dong)(dong)定位）加工過(guo)程(cheng)是(shi)不動(dong)(dong)(dong)(dong)的，所(suo)(suo)以龍門刨(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)床(chuang)的主運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)就(jiu)是(shi)刨(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)臺(tai)(tai)頻繁(fan)的往(wang)復(fu)(fu)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)，變頻器所(suo)(suo)拖動(dong)(dong)(dong)(dong)的就(jiu)是(shi)刨(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)臺(tai)(tai)電機這種往(wang)復(fu)(fu)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)。所(suo)(suo)謂往(wang)復(fu)(fu)運(yun)動(dong)(dong)(dong)(dong)周期，是(shi)指刨(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)臺(tai)(tai)每往(wang)返(fan)一次的速度變化過(guo)程(cheng)。以某(mou)國(guo)產A系列龍門刨(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)(bao)床(chuang)為例，其往(wang)復(fu)(fu)周期如(ru)圖1所(suo)(suo)示。

圖中，Vf為線速度；t為時間。各時段(t1~t5)的工作狀況如下：
t1段： 刨臺起動、刨刀切入工件段。
為了減小在刨刀剛切入工件的瞬間，刀具所受的沖擊和防止工件被崩壞，v0速度較低。
t2段： 刨削段。
刨臺加速至正常的刨削速度vf 。
t3段： 刨刀退出工件段。
為了防止工件邊緣破裂，故將速度又降低為v0 。
t4段： 返回段。
返回過程是不切削工件的空載行程，為了節約時間，提高工作效率，返回速度應盡可能快一些，設為vr 。
t5段：緩沖段。
       返回行程即將結束、再反向到工作速度之前，為了減小對傳動機構的沖擊，又應將速度降低為v0；之后，便進入下一周期，重復上述過程。注意：t4、t5時間段變頻器反轉。
二、刨臺運動的機械特性
       以此刨床為例，說明如下：
1、刨臺運動的負荷特性
      1）切削速度vQ≤25m/min,在這一速度段，龍門刨床允許的最大切削力相同。在調速過程中，負荷具有恒轉矩特性。
       2）切削速度vQ＞25m/min，由于橫梁與立柱等機械結構的強度所限制，允許的最大切削力隨速度的增大而減小。因此，在調速過程中負荷具有恒功率性質。
2、刨臺的傳動機構
       分成兩擋，以45m/min為界，速度比為2：1。
三、刨臺運動的變頻調速
1、變頻調速方案的設計要點
     1）電動機選型  一般來說，以選用變頻調速專用電動機為宜。
     2）變頻器的選型  近年來，龍門刨床常常與銑床兼用，而銑削時的進刀速度約只有刨削時的1/100，故要求拖動系統具有良好的低速運行（即低頻力矩特性）性能。所以選用四方矢量變頻C320系列。
    3）制動電阻與制動單元  如上述，刨臺在工作過程中，處于頻繁往復的運行狀態。為了提高工作效率、縮短輔助時間，刨臺的加、減速時間應盡可能的短。因此，直流回路中的制動電阻與制動單元是必不可少的。由于往復十分頻繁，故制動電阻的容量應比一般情況下的容量大1~2檔次。
2、刨臺往復運動的控制
      1）往復指令    刨臺在往復周期中，實現速度變化的指令信號，是由刨臺下面專用的接近開關的狀態得到的。接近開關的狀態由裝在刨臺下部的4個“接近塊”（相當于行程開關的擋塊，分別編以1、2、3、4號）的接近情況所決定，如圖2a所示。圖 中，為了直觀起見，仍用行程開關和擋塊來表示。SQ1、SQ2是用來決定刨臺的運行情況的；SQ5、SQ6是極限開關，用于對刨臺極限位置的保護。各接近開關在不同時序中的狀態如圖2b所示。圖中“1”表示接近開關被“撞”；“0”表示接近開關復位。

      2）刨臺運動的控制電路  由于龍門刨床的實際控制電路，除刨臺的往復運動外，還必須考慮刨臺運動與橫梁、刀架之間的配合等，故控制電路以采用PLC較為方便，其往復控制電路如圖3所示。PLC的輸入信號中，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分別為各切換點的接近開關；按鈕開關SB1用于循環開始，SB2用于緊急停機；SB3、SB4分別為正、反向點動按鈕，這是在調整過程中所必須的。PLC的輸出信號中，Y1、Y2、Y3分別控制變頻器的多段轉速控制端X1、X2、X3；Y5、Y6分別控制變頻器的正轉、反轉。
       變頻器的參數設置：

       使用C320系列矢量變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)注(zhu)意事項：當匹(pi)配(pei)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)容(rong)量高(gao)于(yu)電(dian)機(ji)容(rong)量時，應輸(shu)入(ru)電(dian)機(ji)參(can)(can)數進行電(dian)機(ji)參(can)(can)數自測定且(qie)變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)容(rong)量與(yu)電(dian)機(ji)容(rong)量相差在兩擋以內。否則由于(yu)電(dian)機(ji)參(can)(can)數不(bu)匹(pi)配(pei)可能導致變(bian)頻(pin)(pin)器(qi)(qi)輸(shu)出力(li)矩達不(bu)到理想(xiang)的輸(shu)出要求(qiu)。

圖3  刨(bao)臺變頻調速(su)往復(fu)周(zhou)期(qi)控制電路(lu)圖

四、變頻器調試要點
       在調試變頻器的過程中，主要針對工作臺頻繁換向，快速響應等問題進行調整。
       1、注意變頻器與電機的自調諧過程。在選擇矢量控制方式第一次運行前，一定要進行電機的自動調諧工作，以便獲得被控電機的準確電氣參數。這種過程相當于對負載電動機自動地進行一次“等效電路參數測定實驗”，力求達到準確的矢量控制。
       2、避免出現爬行現象。由于加工切削量不同、工件重量不等、行程不一、高速運行等嚴重惡劣條件造成或在運動中工作臺慣性大，勢必會在減速與反向過程中會向原方向作一定距離的慣性運動，務必調整變頻器的有關參數，一定要準確控制加減速時間及制動的投入方式，否則會出現越位等故障。
五、應用情況及效果
1、工作方式
       在龍門刨床改造前，工作時直流發電機組一直處于運行狀態，特別是在工作間隙，測量工件等，白白耗費大量的空載能量。改造后，龍門刨床只是在工作臺運動時才消耗能量，并且在輕載時變頻器自動節能。
2、運行與維護
       改造前，由于刨床使用時間長，各處性能不如最初，換向慣性大，機床維修量大，并且難以維修，特別是勵磁發電機不發電故障。改造后，采用了先進的矢量控制，從性能、穩定性上超過原來，換向慣性小，反向快速響應。變頻器控制柜集中，基本上沒有出現大的故障。
3、環境改善
       改造前，發電機組工作時噪音嚴重，高達80dB。改造后，檢測噪音70dB，改善了工作環境，有利于操作工人的身心健康。
4、占地面積
       改造前，機組占地面積大，改造后僅為原來的10%。